MICROELEMENT STATUS OF THE ORENBURG REGION POPULATION

Abstract


The aim of the paper is to study the features of the microelement status of the population of the Orenburg region and to establish the distribution limits of geographical and ecological pathology. Methods. The content of chemical elements in the hair was estimated by atomic emission and mass spectrometry using an Elan 9000 mass spectrometer and an Optima 2000 V atomic emission spectrometer in the laboratory "Center for Biotic Medicine" (Moscow). Statistical data processing was carried out by means of programs MS Excel and STATISTICA version 6.1. Shapiro-Wilk's test was used to assess data normality. Results. It was found that the zinc content in the hair of men living in the east of the region is higher than in men living the Central and Western zones - 1.6 and 1.3 times, respectively. The zinc content in the hair of women in the Eastern zone is 1.9 times and 1.5 times higher than in the Central and Western zones, respectively. The copper content in the hair of residents of the Central and Eastern zones exceeded the values of the Western zone by 10 % (p = 0.016) and 20 % (p < 0.001), respectively. The obtained reference values of cadmium and lead in the hair of the inhabitants of the Eastern Zone exceeded the corresponding all-Russian values. The ranking ratio of the territories of the Volga Federal District and the Ural Federal District located on the border with the Orenburg region shows Zn deficiency among the male population of Orenburg (rank 14). Maximum levels of Cu (rank 2), Cd and Pb (rank 3, 4) for PFD are found in hair of women of the Orenburg region. Conclusion. The prosperous regions for the studied elements are the Republic of Bashkortostan, the Samara Region and the Republic of Tatarstan. The adverse regions include the Orenburg and Chelyabinsk regions.

Full Text

Оренбургская область является крупным промышленным центром Южного Урала с высокоразвитой индустрией. В Центральной зоне области располагаются предприятия металлообработки, машиностроения, энергетики, нефтемаслозавод и газовая отрасль. В Восточной зоне сосредоточены предприятия цветной и черной металлургии, в Западной - предприятия нефтедобывающей промышленности. В районах размещения крупных промышленных предприятий изменение среды обитания человека сопровождается формированием химических анома лий, влияющих со временем на элементный статус не только работников этих предприятий, но и населения, не занятого в производстве. Неблагоприятные изменения отражаются на состоянии здоровья человека и проявляются снижением естественной сопротивляемости его организма, функциональными изменениями в различных физиологических системах вплоть до развития болезни [1, 9, 11, 12, 14]. Рядом авторов [2, 8, 19] описаны особенности элементного статуса населения Оренбургской области на основе изучения волос в качестве биосубстрата. 10 Экология человека 2019.01 Окружающая среда Выявлен низкий уровень I, Se и Zn наряду с избытком Cu в организме жителей, проживающих на территории региона [4]. На территории Оренбуржья с 1998 по 2008 год проводился мониторинг окружающей среды по установлению статуса I и Se [19]. Содержание же Zn, Cu и их антагонистов в окружающей среде и организме человека не изучалось. В своей работе мы остановились на четырех элементах: Zn, Cu, Pb, Cd. Выбор таких микроэлементов, как Zn и Cu, обусловлен их важной биологической ролью. Цинк принимает участие в функционировании более чем 300 металлоферментов, процессах роста, деления и дифференцировки клеток, он также необходим для нормального роста ногтей, волос, кожи и заживления ран [5, 13, 17, 20]. Его недостаток в организме может привести к задержке роста, циррозу печени, половой дисфункции, вторичному иммунодефициту, анемии, формированию пороков развития плода [10]. По оценкам ВОЗ, дефицитом Zn страдает от 4 до 73 % населения мира [15, 21-25]. Медь присутствует в системе антиоксидантной защиты организма. Она входит в состав многих важнейших ферментов, таких как аскорбиназа, цитохро-моксидаза, тирозиназа и др. Дефицит Cu опасен для организма человека, так как приводит к торможению всасывания Fe [16]. С биологической точки зрения интерес к Pb и Cd сосредоточился на их токсических свойствах, представляющих опасность для человека и животных. Известен также антагонизм для некоторых групп металлов: Cu - Cd, Cu - Pb, Zn - Cd. Выведению Cd из организма способствуют Cu и Zn [3]. Цель настоящего исследования - изучение особенностей микроэлементного статуса населения Оренбургской области и установление границ распространения географической и экологической патологии. Для достижения поставленной цели были изучены уровни содержания Zn, Cu, Cd и Pb у жителей Оренбуржья и других областей Приволжского федерального округа (ПФО) и Уральского федерального округа (УФО), граничащих с Оренбургской областью. Методы Выбор волос в качестве предмета анализа был обусловлен многочисленными исследованиями, подтверждающими их пригодность как объекта в исследованиях элементного статуса популяции [7, 13]. Волосы - это легкодоступный биологический материал, сбор их прост и безболезнен. Хранение волос практически не ограничено длительно и не требует каких-либо особых условий. В связи с малой скоростью роста волос результаты анализа показывают не сиюминутное содержание макро- и микроэлементов в образце, а усреднённый уровень за несколько месяцев [17]. Химический состав волос отражает как внутреннее состояние организма, так и следствие воздействия различных экзогенных факторов [15]. Были отобраны образцы волос у мужчин и женщин (25-50 лет), долгое время проживающих на территориях ПФО и УФО, граничащих с Оренбургской областью. Проведено обследование элементного состава волос взрослых жителей Республики Башкортостан - 514 мужчин и 624 женщин; Оренбургской области - 1 049 мужчин и 1 106 женщин; Самарской области - 322 мужчин и 1 137 женщин; Саратовской области - 108 мужчин и 363 женщин; Республики Татарстан - 460 мужчин и 1 667 женщин; Челябинской области - 155 мужчин и 320 женщин. Элементный состав волос оценивался в лаборатории АНО «Центр биотической медицины» (г. Москва, аттестат аккредитации ГСЭНДи.ЦОА.311, регистрационный номер в Государственном реестре РОСС RU.0001.513118) с использованием методов атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (АЭС-ИСП и МС-ИСП) на приборах ICAP-9000 «ThermoJarrellAsh», США, PerkinElmer Optima 2000DV, США согласно методическим указаниям [6]. Собственные результаты по содержанию химических элементов в волосах сравнивали с референтными значениями [15]. Результаты Анализ полученных данных по содержанию микроэлементов в волосах обследованных показал, что уровень Cu несколько (в 0,8 раза) превышает значения 75 центиля, а содержание Pb соответствует верхнему уровню рекомендованного значения (табл. 1 и 2). Таблица 1 Содержание микроэлементов в волосах мужчин 25-50 лет, проживающих на территории Оренбургской области, мкг/г Показатель Zn Cu Pb Cd Среднее (M ± m) 163,0 ± 4,4 17,00 ± 0,44t 1,40 ± 0,15 0,094 ± 0,008 Медиана (Me) 193 16,1t 0,45 0,027 Минимум (Min) 22,2 8,8 0,008 0,004 Максимум (Max) 242 52,9 7,41 0,51 Значение центиль-ных интервалов[11] (25-75) 155-206 9-14 0,38 1,40 0,02 0,12 Таблица 2 Содержание микроэлементов в волосах женщин 25-50 лет, проживающих на территории Оренбургской области, мкг/г Показатель Zn Cu Pb Cd Среднее (M) 180,0 ± 4,5 16,50 ± 0,27t 1,17 ± 0,12 0,097 ± 0,008 Медиана (Me) 194 16,6t 0,43 0,024 Минимум (Min) 27,3 8,77 0,003 0,003 Максимум (Max) 305 40,9 6,28 0,52 Значение центильных интервалов [11] (25-75) 155-206 9-14 0,38 1,40 0,02 0,12 11 Окружающая среда Экология человека 2019.01 Медиана (Me) выборки в волосах испытуемых показывает сближение результатов обследованных половых групп по всем исследуемым химическим элементам. В табл. 3, 4 представлено ранговое соотношение территорий ПФО и УФО, находящихся на границе с Оренбургской областью, по медиане содержания химических элементов в волосах женщин и мужчин в возрасте от 25 до 50 лет. Высший ранг имеет минимальное численное значение (ранг 1) и соответствует наибольшему содержанию элемента, а также распространенности его дефицита или избытка. Таблица 3 Ранговое соотношение территорий по медиане содержания микроэлементов в волосах женщин 25-50 лет [17] Территория Zn Cu Cd Pb Приволжский федеральный округ Республика Башкортостан 10 1 2 1 Оренбургская область 13 2 3 4 Самарская область 5 8 6 8 Саратовская область 9 11 8 9 Республика Татарстан 3 9 5 3 Уральский федеральный округ Челябинская область 3 1 4 4 Таблица 4 Ранговое соотношение территорий по медиане содержания микроэлементов в волосах мужчин 25-50 лет [17] Территория Zn Cu Cd Pb Приволжский федеральный округ Республика Башкортостан 13 2 2 2 Оренбургская область 14 5 1 1 Самарская область 5 3 8 7 Саратовская область 12 9 5 4 Республика Татарстан 4 10 12 8 Уральский федеральный округ Челябинская область 3 1 4 3 Для взрослых из Республики Башкортостан типично преобладание повышенных в сравнении со средними значениями по ПФО уровней содержания в волосах химических элементов. Это касается классических экотоксикантов Cd и Pb (ранг 1 и 2) и эссенциального микроэлемента Cu (ранг 1 , только женщины). Обсуждение результатов Проведенный анализ биосубстратов выявил повышенное содержание Cu в группе как мужчин, так и женщин Оренбуржья. Кроме того, отмечено: содержание Pb в волосах у мужчин соответствует верхнему уровню референтного значения, тогда как у женщин оно находится в пределах нормы, что, скорее всего, обусловлено физиологическими признаками. Содержание Cu также превышает верхнюю границу референтных значений, что, по нашему мнению, связано с геоэкологическими особенностями области. Добыча Cu открытым способом велась с XII века, что привело к повсеместному загрязнению биосферы данным металлом [19]. У женщин Оренбургской области наблюдается максимальное для ПФО повышенное содержание в волосах Cu (22 %, ранг 2), Cd и Pb (12 %, 7 %, ранг 3, 4). Также у них увеличена частота дисбалансов Cd/ Zn, Cu/Zn, что может отрицательно влиять на состояние нервной системы, клеточного иммунитета, печени и почек [10]. Среди мужского населения области отмечен дефицит Zn (34 %, ранг 14), повышающий риск развития кожных заболеваний, расстройств репродуктивной системы, иммунодефицитных состояний, а также риск развития диабета, новообразований, в том числе рака простаты, особенно в сочетании с дефицитом Se [16]. В волосах мужчин Самарской области наблюдается максимальный для ПФО показатель Cu (11 %, ранг 1), выявлено незначительное превышение фоновых показателей по Zn (35 %, ранг 4). У больных холециститом, гепатитом, у лиц, злоупотребляющих алкоголем, часто отмечается повышенное содержание Cu в волосах при потреблении воды с повышенным содержанием Cu [16]. Интересно, что у мужчин на фоне повышенного содержания Cu выявлены отклонения в частоте как повышенного, так и пониженного уровней Mn - микроэлемента, являющегося антагонистом Cu. Сочетание дисбалансов Cu и Zn может отрицательно повлиять в первую очередь на заболеваемость опорно-двигательного аппарата. В Саратовской области отмечено преобладание пониженных в сравнении со средними значениями по ПФО уровней содержания Cu (ранг 11) у женщин, Zn (ранг 12) у мужчин, что типично для данного региона. В УФО сосредоточена значительная часть предприятий отечественной индустрии, вклад которых в загрязнение окружающей среды особенно заметен. Это объекты черной и цветной металлургии, машиностроения, электроэнергетики, топливной промышленности, лесохимического комплекса. Регион относится к числу наиболее загрязненных в экологическом отношении территорий России [18]. Н. Л. Наумовой и М. Б. Ребезовым (2012) проведена оценка элементного статуса жителей г. Челябинска [10]. Хотя содержание микроэлементов Zn и Cu в волосах всех возрастных групп находится в пределах допустимых уровней, с возрастом риск развития гипоэлементоза Zn значительно повышается (с 26,6 до 43,2 %), а Cu (22,1 - 25,6 %) - относительно стабилен. В течение жизни риск развития гиперэлементозов челябинцев снижается незначительно: Zn - с 12,7 до 8,0 %, Cu - с 15,2 до 12,0 % [10]. Дефицитные состояния по Zn и Cu, вероятно, указывают на недостаточность поступления этих микроэлементов с пищей и часто являются 12 Экология человека 2019.01 Окружающая среда следствием интоксикации организма тяжелыми металлами, в первую очередь - Pb, Cd, Hg, а также Mn и Fe. У мужчин из Челябинской области риск гиперэлементоза Cu максимален по УФО (5,2 %, ранг 1). Также у них относительно повышен (ранг 2) показатель содержания Zn (39 %). Возможно, это влияние выбросов цинкэлектролитного завода в г. Челябинске. Относительно часто у женщин из Челябинской области отмечаются превышения верхних уровней содержания химических элементов в волосах. Челябинская область располагается на границе с восточной зоной Оренбургской области, в волосах жителей которой обнаружены превышения референтных значений по содержанию Zn. По-видимому, трансграничный перенос вредных веществ со стороны Челябинской области (ЗАО «Бурибаевский ГОК») усиливает неблагоприятную экологическую напряженность. Таким образом, для сохранения здоровья населения Восточного Оренбуржья необходимо контролировать уровень его элементного статуса, так как там уже наблюдается дисбаланс микроэлементов. Также это необходимо делать в тех районах, где наблюдается их недостаток (Центральное Оренбуржье). Авторство Сальникова Е. В. участвовала в анализе данных, окончательно утвердила присланную в редакцию рукопись; Бурцева Т. И. подготовила первый вариант статьи; Скальный А. В. внес существенный вклад в концепцию и дизайн исследования, получение, анализ и интерпретацию данных.

About the authors

E V Salnikova

Orenburg State University

Orenburg, Russia

T I Burtseva

Orenburg State University

Email: burtat@yandex.ru
Orenburg, Russia

A V Skalny

Orenburg State University

Orenburg, Russia

References

  1. Агаджанян Н. А., Велданова М. В., Скальный А. В. Экологический портрет человека и роль микроэлементов. М., 2001. 236 с.
  2. Барышева Е. С. Структурно-функциональные взаимоотношения щитовидной железы и гипоталамо-гипофизарной нейроэндокринной системы при воздействии токсических доз кадмия и свинца // Вестник ОГУ. 2006. № 12. С. 36-39.
  3. Бокова Т. И. Экологические основы инновационного совершенствования пищевых продуктов. Новосибирск: НГАУ, 2011. 284 с.
  4. Бурцева Т. И., Нотова С. В., Скальный А. В. Моделирование системы экологического мониторинга за состоянием селенового статуса населения // Инновации и инвестиции. 2015. № 6. С. 149-152.
  5. Доклад о состоянии здравоохранения в мире, 2002 год: Преодоление воздействия факторов риска, пропаганда здорового образа жизни. Женева: Всемирная организация здравоохранения, 2002. 805 с.
  6. Иванов С. И., Подунова Л. Г., Скачков В. Б. Определение химических элементов в биологических средах и препаратах методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и масс-спектрометрией. Методические указания. МУК 4.1.1482 - 03, МУК 4.1.1483-03. М.: ФЦГ Минздрава России, 2003. 23 с.
  7. Калетина Н. И. Токсикологическая химия. Метаболизм и анализ. М.: ГЕОТАР-Медиа, 2007. 352 с.
  8. Конюхов В. А. Современный методический подход к изучению причин и условий формирования йодного дефицита у населения // Вестник ОГУ. 2005. № 5. С. 73-77.
  9. Лыжина А. В., Бузинов Р. В., Унгуряну Т. Н., Гудков А. Б. Химическое загрязнение продуктов питания и его влияние на здоровье населения Архангельской области // Экология человека. 2012. № 12. С. 3-9.
  10. Наумова Н. Л., Ребезов М. Б. Микроэлементный статус челябинцев как обоснование развития производства обогащенных продуктов питания // Фундаментальные исследования. 2012. № 4, ч. 1. С. 196-200.
  11. Никанов А. Н., Кривошеев Ю. К., Гудков А. Б. Влияние морской капусты и напитка «Альгапект» на минеральный состав крови у детей - жителей г. Мончегорска // Экология человека. 2004. № 2. С. 30-32.
  12. Нотова С. В., Киреева Г. Н., Жуковская Е. В., Грабеклис А. Р., Кияева Е. В., Скальный А. В., Дерягина Л. Е. Влияние антропогенных и геохимических факторов среды обитания на элементный статус детей Челябинской области // Экология человека. 2017. № 11. С. 23-28.
  13. Скальный А. В., Демидов В. А. Элементный состав волос как отражение сезонных колебаний обеспеченности организма детей макро- и микроэлементами // Микроэлементы в медицине. 2001. Т. 2, № 1. С. 36-41.
  14. Скальный А. В., Быков А. Т. Эколого-физиологические аспекты применения макро- и микроэлементов в восстановительной медицине. Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2003. 272 с.
  15. Скальный А. В. Референтные значения концентрации химических элементов в волосах, полученные методом ИСП-АЭС // Микроэлементы в медицине. 2003. Т. 4, № 1. С 55-56.
  16. Скальный А. В., Рудаков И. А. Биоэлементы в медицине. М.: Издательский дом «Оникс 21 век», «Мир», 2004. 272 с.
  17. Элементный статус населения России / под ред. А. В. Скального, М. Ф. Киселева. Санкт-Петербург: Медкнига «ЭЛБИ-СПб», 2010. 576 с.
  18. Федеральные округа России. Региональная экономика / под ред. В. Г. Глушковой, Ю. А. Симагиной. М.: КНОРУС, 2009. 352 с.
  19. Чибилёв А. А., Павлейчик В. М. Природное наследие Оренбургской области: особо охраняемые природные территории. Оренбург: УрО РАН, Печатный дом «Димур», 2009. 328 с.
  20. Шафран Л. М., Пыхтеева Е. Г., Большой Д. В. Металлотионеины. Одесса: Чорномор'я, 201 1. 427 с.
  21. Chasapis C. T., Loutsidou A. C., Spiliopoulou C. A., Stefanidou M. E. Zinc and human health: an update // Arch Toxicol. 2012. N 86 (4). Р. 521-34.
  22. Costello L. C., Franklin R. B. Zinc is decreased in prostate cancer: an established relationship of prostate cancer! // Biological Inorganic Chemistry. 2011. N 16. Р. 3-8.
  23. De Jong N., Gibson R. S., Thomson C. D. Selenium and zinc status are suboptimal in a sample of older New Zealand women in a community-based study // J. Nutr. 2001. N 131. Р. 2677-2684.
  24. Gibson R. S., Heath A. L. Population groups at risk of zinc deficiency in Australia and New Zealand // Nutr. Diet. 2011. N 68. Р. 97-108.
  25. Haase H., Rink L. The immune system and the impact of zinc during aging // Immun. Ageing. 2009. N 12. Р. 6-9.

Statistics

Views

Abstract - 77

PDF (Russian) - 49

Cited-By


PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Human Ecology

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies